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Photoneo - 간단한 3D 피킹(picking) 어플리케이션을 위한 새로운 방법

Locator Studio - 간단한 3D 피킹(Picking) 어플리케이션을 위한 새로운 방법 평평한 바닥 위의 움직이는 물체를 집는 정도의 간단한 작업을 자동화하고 싶으신가요? 이정도 난이도의 작업을 위한 것이라면 세밀한 경로설정 및 알고리즘까지 갖춘 bin picking solution까지 필요하지 않습니다. 로봇 주위에 높은 벽이나 이동 시 충돌위험 없는 평평한 표면 위에서 물체를 집는 것이라면 최신 3D비젼을 적용한 간단한 솔루션 만으로도 해결할 수 있습니다. 이렇게 간단한 솔루션을 적용하면 더 빠르게 작업할 수 있고, 보정과 설정도 쉬워지고 기능을 단순화 할 수 있는 등의 장점이 있습니다. 자동화된 bin picking은 관련된 복잡성 때문에 매우 어려운 기술적 과제로 여겨집니다. "눈 앞의 성배" (Holy Grail in sight)라고 불리기도 하죠. 우리는 여러분이 가장 까다로워하는 bin picking 어플리케이션을 완벽히 숙달할 수 있도록 심혈을 기울여 강력한 로봇지능 솔루션을 개발했습니다. 바로 Bin Picking Studio 입니다. 그러나 매번 bin picking solution처럼 정교하고 복잡한 솔루션이 필요한 것은 아닙니다. 때론 기초적이고 간단한 시스템만으로도 충분히 해결할 수 있는 어플리케이션이 있죠. 높은 난이도의 bin picking 어플리케이션을 위한 복잡한 솔루션은 꽤 많지만, 오히려 빠르게 물체 위치를 파악하고 충돌 없는 피킹(picking)을 위한 간단한 시스템은 없었습니다. 이 때문에 Photoneo는 간단한 어플리케이션을 위한 3D picking 도구인 Locator Studio를 개발했습니다. 이 새로운 Locator Studio는 기존의 검증된 기술적 원리를 토대로 작동하지만 단순성은 기존 bin picking solution보다 빠른 속도, 손쉬운 보정과 구성 및 작동, 특별한 기술이 없어도 손쉽게 사용할 수 있는 등의 많은 이점을 제공합니다. Locator Studio의 주요 장점을 요약하면 다음과 같습니다. * 충돌 없는 환경에서 매우 빠르고 간단한 3D 피킹(picking) * 물체 바로 위 혹은 로봇 팔에 부착된 Phoxi 3D 스캐너나 MotionsCam-3D를 통한 빠른 스캐닝 속도와 우수한 품질의 3D 포인트 클라우드 제공 * 웹을 통한 간편한 캘리브레이션과 설정 * 이전 물체를 picking하는 동안 다음 물체를 단 한 번의 스캔으로 CAD기반의 강력한 위치 데이터 제공 * TCP/IP를 통한 대부분의 모든 로봇 시스템과의 빠른 통합 고성능의 Bin Picking Studio와 간단한 Locator Studio와의 차이점을 더 잘 이해하고 싶다면 아래의 표를 참고하세요. Applications - Locator Studio를 사용할 조건과 환경 Locator Studio는 충돌 없는 환경에서 특정방향으로 이동하는 물체를 집어야 하는 모든 상황에서 사용할 수 있도록 기존 2D나 2.5D application을 업그레이드 합니다. 충돌 없는 환경이란 쟁반, 에어캡, 얕은 통, 정지 및 이동하는 컨베이어 벨트나 랙과 같이 충돌 위험이 없는 평평한 표면을 말합니다. Picking 외 지원하는 application으로는 조립이나 나사 고정, 정밀한 부품의 배치를 위한 delayering, destacking, deracking 또는 부품의 위치 확인 등이 있습니다. Locator Studio는 Phoxi 3D 스캐너 및 MotionCam-3D와 함께 사용할 수 있습니다. 또한 사용자 선호도와 application 상황에 맞게 직접 비전장비를 보정할 수 있습니다. 시스템이 picking하는 방향이나 벡터를 정의할 수 있는 기능이 기본제공되어 추가작업 없이도 원하는 순서나 방향대로 부품을 선택할 수 있다는 점 또한 큰 장점입니다. 기술 호환성 Locator Studio는 TCP/IP 프로토콜을 통해 모든 장치와 통신하므로 이더넷만 있으면 사용할 수 있습니다. 개방된 프로토콜이 철저하게 문서화되어 있기 때문에 모든 로봇 브랜드나 산업용 조작기와 통합할 수 있으며, 이를 통해 Locator Studio는 진정한 만능 스튜디오가 됩니다. TCP/IP 인터페이스는 임의의 컨트롤러나 사용자 설정이 되어있는 PC 또는 PLC와 같은 중간 장비를 통해 비전 컨트롤러와 로봇 컨트롤러를 연결해줍니다. 이것은 새로운 기능입니다. 이전 방식은 스캐너를 비전 컨트롤러와 연결하고 비전 컨트롤러를 로봇 컨트롤러에 연결하는 것이었습니다. Bin Picking Studio가 6축 로봇만 지원하는 데 반해 Locator Studio는 호환성에 제한이 없습니다. Locator Studio는 더 유연하고 보편적인 SCARA, DELTA 또는 팔레트 로봇과 같이 높은 자유도를 가진 고관절 로봇이나 7축 시스템에서 사용할 수 있습니다. 작동 방식 Bin Picking Studio와 마찬가지로 Locator Studio도 두 가지 방법으로 보정(Calibration)할 수 있습니다: 1) 일반적으로 통(bin)위에 있는 로봇 셀의 고정된 위치에 스캐너를 장작하는 외부 보정방식 2) 로봇 팔(arm)에 스캐너를 직접 장착한 상태에서 사용자의 손과 눈으로 보정하는 방식 외부 보정 시 사전에 측정된 크기의 볼을 로봇 팔(arm)의 끝점 또는 그리퍼(gripper)에 부착하여 사용합니다. 손과 눈으로 보정하는 것은 패턴이 있는 보정 보드를 사용합니다. 보정 프로세스는 로봇이 특정 자세를 취한 상태에서 스캐너가 보정 볼이나 보드를 볼 수 있는 여러 지점을 추가하는 것으로 구성됩니다. 사용자는 Locator Studio의 웹 GUI를 통해 보정 지점을 추가할 수 있습니다. 또한 각 자세마다 로봇의 TCP정보를 제공해야 합니다. 반자동 보정을 선택하면 TCP정보도 제공하는 전용 로봇 호출을 통해 로봇이 직접 포인트를 추가합니다. 필요한 만큼의 포인트를 추가한 후 보정 정확도와 매트릭스가 계산되어 비전시스템에 저장됩니다. 이렇게 보정에 성공하면 물체를 피킹(picking)할 준비를 마칩니다. 로봇이 물체의 위치정보를 요청하는 것으로 프로세스가 시작하는데, 이 요청에 따라 비전시스템은 스캔을 수행하며 스캔은 Vision Controller에서 직접 포인트 클라우드로 처리됩니다. 이후 실시간으로 CAD데이터로 변환되어 각 물체의 위치는 X,Y,Z좌표의 형태로 이더넷을 통해 전송됩니다. 스마트 메모리기능과 다양한 형태의 그리퍼(gripper)덕분에 시스템은 여러 모양의 부품의 위치를 확인하고 동시에 피킹(picking)할 수 있게 되었습니다. 이 기능은 기존의 bin picking solution에서는 찾을 수 없던 것입니다. Locator Studio 1.0.0버전은 주로 vacuum이나 magnetic gripper를 고려하여 디자인되었기 때문에 충돌회피 기능을 제공하지 않으므로 기계적으로 gripper와 부품의 충돌을 방지할 수 없습니다. 또한 Locator Studio는 기존의 전통적인 picking 기술로 작동되는데, 이는 새로운 프로그래밍 언어를 배울 필요가 없다는 것을 의미합니다. 하지만 많은 프로세스가 로봇 쪽에서 실행된다는 점에서 사용자가 로봇 프로그래밍에 대한 지식이 있다면 활용면에서 시너지 효과는 매우 클 것입니다.

2023.09.06

JAI - 자외선을 활용한 이미징

전자기 스펙트럼에서 자외선의 위치 인간의 눈은 전자기 스펙트럼의 아주 작은 부분만 감지할 수 있습니다. 바로 우리가 빛이라고 부르는 400nm(보라색)~700nm(적색) 사이의 파장입니다. 일부 동물은 이러한 스펙트럼 너머를 볼 수 있습니다. 예를 들어 꿀벌은 눈의 자외선 감각을 사용하여 꽃가루를 감지할 수 있으며, 밤에 적외선을 사용하여 먹이의 체온을 감지하는 동물도 많이 있습니다. 그러나 인간이 가시 스펙트럼을 넘어서는 파장을 감지하기 위해서는 특별히 설계된 카메라와 같은 외부 장치가 필요합니다. 적외선 복사의 형태로 "열 신호"를 캡처하여 사람, 야생 동물 및 기타 물체를 보여주는 "야간 투시" 열화상 카메라 또는 쌍안경 등은 잘 알려져 있습니다. 그러나 10~400nm 사이에 위치한 자외선의 경우, 가시 스펙트럼 너머를 탐지하는 장치가 많지 않기 때문에 그리 익숙하지 않습니다. 눈으로 볼 수 없는 것 탐색하기 카메라는 이미지를 생성하기 위해 "반사 법칙"이라는 기본 물리학 원리를 활용합니다. 벽에 던진 테니스공과 유사하게, 전자기 복사(가시광선과 비가시광선 모두)는 "벽"에 부딪히는 각도에 따라 표면에서 반사됩니다. 반사의 법칙 더 중요한 점은 마이크로 수준(또는 나노 수준)에서 볼 때 대부분의 표면이 완벽하게 매끄럽지 않기 때문에 이미징이 가능하다는 것입니다. 이러한 표면 불균일은 반사 법칙을 따르는 개별 광선이 표면의 서로 다른 각도로 인해 여러 방향으로 반사되어 광의 일부를 사람이나 카메라로 다시 되돌려 보내는 "난반사"를 유발합니다. 난반사 난반사를 일으키는 표면 형상의 크기는 표면에 부딪히는 광의 파장에 따라 달라집니다. 표면이 연마되어 표면 형상이 광 파장의 약 1/8보다 작은 경우, 광선이 표면에서 모두 같은 방향으로 반사되어 거울 효과를 생성하게 됩니다. 이런 경우, 표면의 작은 불균일은 사람이나 카메라에 보이지 않게 됩니다. 자외선은 파장이 짧기 때문에 더 긴 파장에는 영향을 받지 않는 작은 표면 불균일에도 확산이 일어날 수 있습니다. 이를 통해 UV 이미징은 가시광선으로는 볼 수 없는 극히 작은 표면 특성 및/또는 결함을 감지하고 검사할 수 있습니다. 짧은 파장은 작은 표면 형상에서 확산됩니다 UV 파장이 작은 표면 형상에서 반사된다는 점을 활용하는 산업 애플리케이션이 점점 더 많아지고 있습니다. 이러한 애플리케이션으로는 마스크 검사, 웨이퍼 결함 확인, 패턴 결함 식별 및 분류와 같은 다양한 반도체 검사 작업, 플라스틱 및 금속 표면의 미세 결함 검사, 태양광 패널 검사 등이 있습니다. 또 다른 UV 이미징의 경우 특정 잉크 및 재료가 UV 복사를 흡수하거나 UV 스펙트럼에서 발광하는 방식을 활용합니다. 이러한 애플리케이션으로는 제약 포장, 여권 및 지폐의 인쇄 검사, 폐기물 분류, 결함 및 불순물 식별을 위한 재료의 비파괴 검사, 범죄 수사를 위한 형광 분석, 의료 진단 등이 있습니다. 또한 UV 이미징은 고전압 송전선의 코로나 검사와 천문학, 현미경, UV 분광법 등의 다양한 과학 애플리케이션에서도 사용되고 있습니다. 아래의 이미지는 UV 기반 이미징 애플리케이션의 몇 가지 예시를 보여줍니다. 그림 1: 웨이퍼 디스크 생산 그림 1은 전자 산업에서 웨이퍼 디스크의 반사 표면에 있는 레이저 코드를 안정적으로 판독하여 생산 공정에서 각 웨이퍼를 정확히 찾아내고 추적하기 위해 UV 이미징을 활용하는 것을 보여줍니다. 이를 통해 생산 체인이 중단되어 심각한 비용 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있습니다. UV 이미징은 기존 머신 비전 시스템으로 판독하지 못하는 이러한 코드를 안정적으로 판독할 수 있습니다. 그림 2: 다이/와이어 본딩에 사용되는 UV 이미징. 저자:Mister_Rf 그림 2는 반도체 정렬을 위해 UV 이미징을 사용하는 것을 보여줍니다. UV 이미징은 반도체 제조 시 웨이퍼 프로빙, 웨이퍼 다이싱, 리드 프레임 검사, 다이/와이어 본딩을 지원하기 위해 사용됩니다. 그림 3: 레이저 빔 프로파일링. 출저:Photonics.com 그림 3에서 보이는 것과 같이 레이저 빔의 모양 및 크기와 같은 정밀도는 타겟에 전달되는 에너지에 영향을 미칩니다. 빔의 왜곡은 광경로의 오염, 조립 불량, 환경 요인으로 인해 발생합니다. 빔 경로에 UV 카메라를 삽입하면 빔의 각 부분의 상대적 강도를 매핑하고 수정할 수 있습니다. 비전 시스템에서의 UV 산업용 카메라 활용 여기에 설명된 다양한 UV 광학 검사에 대한 수요가 높아짐에 따라 자외선(UV) 이미징 카메라를 활용하는 애플리케이션의 범위가 크게 넓어졌습니다. UV 이미지 센서가 탑재된 카메라를 적용한 비전 시스템은 일반 카메라가 제공하지 못하는 특별한 시각 정보를 제공할 수 있습니다. 이러한 시스템으로는 일반적인 산업 및 과학 애플리케이션용 UV 호환 렌즈와 UV 조명이 모두 탑재된 시스템과 광학 왜곡을 최소한으로 줄이기 위해 렌즈와 센서의 커버 유리까지 제거해야 하는 레이저 프로파일링 시스템 등이 있습니다. 또한 더욱 짧은 UV 파장을 이미징할 수 있는 UV 센서에 대한 수요도 증가하고 있습니다. UV 애플리케이션은 주로 UVA(320~400nm)라고 하는 스펙트럼에 중점을 두고 있지만, 최신 반도체의 작은 크기로 인해 UVB 영역(280~320nm)에서 동작할 수 있는 센서가 필요하게 되었으며, 200nm 이하의 파장을 활용하는 일부 시스템의 경우 UVC 영역(약190~280nm)까지 필요하게 되었습니다. 이러한 UVC 시스템(심자외선 또는 DUV)이 시장을 이끌고 있지만, UVB 및 UVA 영역으로 설계된 UV 애플리케이션 역시 여전히 많습니다. 광범위한 UV 스펙트럼에서 애플리케이션을 지원할 수 있는 UV 센서 및 카메라는 개발팀에 뛰어난 다용성을 제공합니다. 예를 들어, 다음 이미지에서 JAI의 GO-8105M-5GE-UV 카메라 모델의 감도를 확인하실 수 있습니다. 이 모델은 UVB 및 UVA 영역에서 약 40~50%의 뛰어난 양자 효율을 보여주며 UVC 영역에서도 충분한 QE를 보여줍니다. 이러한 카메라는 천문학 등 과학 연구에 사용되는 고가의 UV 카메라를 대체할 수 있는 매력적인 대안이 될 수 있습니다. 이 카메라의 스펙트럼 응답은 가시광선과 근적외선 영역을 지원하지만, 해당 영역에서 기생 광 감도(parasitic light sensitivity, PLS)가 최적화되지 않았기 때문에 UV 이미징을 위해서는 가시광선과 근적외선광을 차단하는 필터가 권장됩니다. GO-8105M-5GE-UV 카메라의 스펙트럼 응답 *감도는 200nm 이하에서도 지원되지만, 특정 양자 효율은 아직 측정되지 않았습니다. 위에 표시된 광범위한 UV 스펙트럼 응답은 많은 UV 기반 머신 비전 애플리케이션에 새로운 카메라를 제공할 수 있습니다. 이러한 카메라는 반도체 마스크 검사를 포함한 다양한 형태의 반도체 검사 시스템을 구축하는 기업에서 가장 많이 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 반도체 마스크 애플리케이션의 경우 새로운 Go 시리즈 GO-8105M-5GE-UV 카메라의 기능을 사용하여 노출 전에 포토레지스트가 반도체에 고르게 도포되었는지 검사할 수 있습니다. 이는 최고의 제조 품질을 보장하기 위한 고가의 시스템입니다. 이러한 시스템은 가장 작은 표면 형상을 표시하여 웨이퍼, 마스크 및 기타 관련 항목의 결함을 감지하기 위해 매우 짧은 파장을 사용해야 합니다. 새로운 카메라의 UV 기능(UVC 대역까지 확장 가능)은 이러한 시스템을 구축하는 OEM을 위한 매우 매력적인 기능입니다. 또한 GO-8105M-5GE-UV 카메라는 센서 위에 탈착식 유리 커버가 장착된 "글래스리스" 구성을 제공하여 레이저 프로파일링 및 광경로에 UV 호환 석영 유리가 있는 경우 문제가 될 수 있는 기타 애플리케이션에서도 사용할 수 있습니다. UV 카메라는 다양한 산업 및 과학 애플리케이션에서 필수 요소가 되었습니다. 그러나 UV 이미징은 많은 산업 공정을 위한 검사 도구로 사용되기 시작했을 뿐 가시광선 또는 근적외선 기반 머신 비전에 비해 아직 초기 단계에 있습니다. 상업용 UV 하드웨어의 가격이 낮아지고 다양성이 증가함에 따라 UV 머신 비전 분야는 점점 성장하고 있습니다.

2023.03.24